车载以太网成为主流趋势 - 现代车辆数据传输需求已超出传统CAN总线能力，车载以太网正成为处理器与存储器间数据传输的理想选择 [2] - 车载以太网相比铜线速度更快、重量更轻，经过充分测试且已成为标准，提供多种速度选择 [2] - 其中10BASE-T1S运行速度可达10 Mbit/s，很可能成为CAN总线的替代者 [2] 10BASE-T1S的应用与优势 - 目前汽车以太网普遍存在低速问题，10BASE-T1S目前仍处于CAN总线领域，在低速率及网络边缘应用最为活跃 [2] - 区域控制器通过单对双绞线进行多跳连接，可连接多个端点，关键优势在于简化布线系统，采用多点总线，并通过交换机连接到汽车网络内部 [2] - 由于成本较低，一些OEM可能会选择在某些地方使用10BASE-T1，而在其他地方继续使用CAN或LIN [2] - 将10BASE-T1S等以太网与既定标准集成在技术上是可行的，但很复杂 [2] 汽车以太网面临的挑战 - 挑战包括开放联盟的汽车以太网规范详细规定了各种速度和要求，标准一直在变化，五年前10 Mbps被认为是高速 [3] - 具体技术挑战包括：确保嘈杂汽车环境中高速链路信号完整性的EMC/EMI合规性；管理连接器、PCB和电缆中的模式转换和串扰；需要高端示波器和矢量网络分析仪进行多千兆位合规性测试；确保混合网络中互操作性；以及通过身份验证、加密和入侵检测保护网络安全 [6] 软件定义车辆与高速网络需求 - 未来配备完整娱乐功能的车辆将需要更高速度，不久可能达到千兆比特/秒，全自动驾驶软件定义车辆中需求甚至可能达到太比特/秒 [5] - 若无汽车以太网，则难以实现软件定义车辆（SDV）的承诺，包括高级驾驶辅助系统（ADAS）和空中更新 [7] - 架构发生根本性转变，主要体现在三大支柱：安全可靠的计算、高速车载网络（汽车以太网）以及智能配电 [7] - 目前SDV约占所有车辆销量的5%，但预计到2030年将占到50% [7] - 汽车10Gbps以太网具有变革性意义，其带宽允许使用双向导线在15米长电缆上行驶，从而能够将网络扩展到全球 [7] 向更高速率演进 - 目前25 Gbps及以上的高速网络不如10BASE-T1S普及，但情况很可能在不久的将来改变 [8][9] - 视频需求增长是推动提升传输速度的原因之一，从摄像头获取未压缩视频可能需要几千兆比特带宽，多个摄像头带宽可能达到几十甚至几百千兆比特 [9] - IEEE 802.3cy标准规定汽车应用需要25 Gbps的PHY芯片，但摄像头、传感器、视频和显示链路需要更高速度以实现传感器聚合 [9] - 汽车以太网正在借鉴企业以太网特性，并向25至100 Gbps的PHY芯片扩展，同时采用PCIe作为骨干网络 [9] - 高速汽车以太网将有助于实现全自动驾驶（L4/L5）汽车的愿景，未来标准可能着重于将以太网与新兴的诊断、V2X和空中升级协议集成 [10] - TSN、MACsec和高速PHY的融合将为下一代汽车构建强大框架 [10] - 如今车辆中大约90%的以太网连接发生在网关和中央计算设备之间，未来将采用区域架构，在车辆各区域和核心之间使用高速以太网，中央计算能力正越来越接近高性能计算（HPC） [10] 光以太网的潜力 - 光以太网是传统协议的另一个挑战者，在汽车应用中比铜缆具有诸多优势，包括更高带宽、更轻重量、抗电磁干扰能力、更高散热效率和更长传输距离 [12] - 光纤链路可以支持25Gbps甚至更高传输速率，使其成为ADAS、信息娱乐系统和传感器融合的理想选择 [12] - 光纤比传统铜缆更轻，有助于提高电动汽车续航里程和整体燃油效率，且不受电磁干扰，确保在电气噪声较大的汽车环境中可靠运行 [13] - 光物理层（PHY）功耗更低、发热量更少，从而简化了ECU散热设计，且无需均衡或放大即可在更长距离上保持信号完整性 [13] - 光以太网有望在采用区域架构和集中式计算的新型车辆中得到广泛应用，但集成新的光PHY和连接器成本高昂且复杂，不太可能对老款车型进行改造 [13] - 未来具备大规模传感器融合和V2X数据交换功能的自动驾驶汽车最终可能需要超过100 Gbps的链路速度，这些链路速度可能以光纤形式实现 [13] SerDes与非对称以太网的角色 - 虽然CAN和LIN最终可能被汽车以太网取代，但SerDes仍然至关重要，因为它将并行数据转换为串行数据进行传输，反之亦然 [14] - 点对点SerDes技术在局部高带宽连接方面表现出色，而像ASA Motion Link 2.0这样采用非对称以太网通信的新型汽车标准，可能会模糊二者界限并提高互操作性 [14] - 非对称以太网并不能取代SerDes，由于低延迟和高可靠性，SerDes仍然是摄像机和显示器链路的最佳选择 [14] - 非对称以太网正在兴起，旨在标准化SerDes目前的功能，提供基于以太网的替代方案，例如下行10 Gbps、上行100 Mbps的非对称带宽，过渡仍在进行中 [14] - 非对称以太网一大优势是功耗更低，实现了10Gbps的下行速度传输视频摄像头数据到CPU处理器，而上行速度仅为100Mbps [14] - 开发朝此方向发展是因为它有可能降低成本、缩小芯片尺寸并降低功耗，摄像机采用同轴电缆供电，使用15米长行业标准电缆处理所有上下行数据 [14] - 在10BASE-T1中，“1”代表差分对的数量，汽车行业希望尽可能减少铜缆使用，所以只使用一对差分线 [14] - 目前传输速度仍受限于10 Gb，主要用于摄像头视频流，传输4K 60 FPS视频已需要10 Gb带宽，且通常只需一根线缆 [16] 汽车与数据中心技术的融合 - 随着汽车网络速度提升，车辆开始越来越像数据中心，数据中心和汽车行业正在经历持续的技术交叉融合，尤其是在单对以太网（SPE）和SerDes设计技术方面 [17] - 基于芯片组的SoC和3nm及以下先进工艺节点的融合，正在加速汽车和数据中心技术的融合，尤其是在人工智能驱动架构日益普及的情况下 [17] - 考虑到自动驾驶汽车的计算能力，未来可能会开始看到芯片组的应用，因此超大规模集成电路（UCIe）技术也将随之兴起 [17] - 边缘计算、工业、运营技术以及芯片组等可组合架构的融合，可能会为汽车级以太网或SerDes创造机遇，尤其是在低成本、轻量化线缆具有优势的领域 [17] - 与汽车应用相比，数据中心SerDes已经能够实现更高的以太网速度，包括100G、200G、400G，并正朝着800G和1.6T迈进 [17] - 可靠性要求不同，数据中心需要极低误码率、极高正常运行时间和冗余系统，汽车零部件必须在严苛环境下可靠运行，并具备不同的故障模式和认证标准 [17] 太比特级速度的展望与障碍 - 太比特（Tbps）速度在数据中心已存在，但汽车部署存在障碍，且目前汽车还不需要这种速度 [18] - 目前汽车应用发展趋势是25至50 Gbps传输速率，Tbps级链路对于目前车载需求来说性能过剩，并且面临着功率、成本和散热等方面限制 [19] - 在汽车以太网中实现Tbps级速度不仅仅是带宽挑战，它代表着硬件和软件堆栈的架构变革，需要重新思考物理层设计、电磁抗扰性和散热管理 [19] - 在容错、低延迟的主干网上同步数百个ECU，是对确定性网络性能的极限挑战 [19] - 太比特以太网优势在于实现大规模的实时传感器融合，使车辆能够以更快速度和更高精度感知、决策和行动，并成为智能网联汽车不断发展演进的基础架构 [19] 计算能力提升驱动带宽需求 - 动态SDV需要更强大计算能力，这就需要更高速的以太网，数据中心的技术最终会应用到车辆中 [20][21] - 预计未来几年内，将会出现配备64或128个CPU核心、多个GPU和NPU的中央计算系统 [21] - ADAS和车载娱乐系统提高了GPU计算需求，对GPU处理能力和吞吐量的需求正在大幅增长，这主要是由于集中化、自动驾驶能力提升以及更多屏幕的出现 [21][22] - 无线技术正在普及，Wi-Fi 7、8及更高版本也可能在汽车中发挥更大作用，不仅用于娱乐，最终甚至用于安全关键型应用场景 [22] - 目标是减少车辆中线束数量，一辆汽车里大约有60到70个不同的微处理器和控制器，还有数百条CAN总线通过线缆连接，这使得制造成本高昂且碰撞后易起火 [22] - Wi-Fi取代CAN总线的首要任务是驱动信息娱乐系统，后座娱乐系统等所有娱乐功能都可以通过Wi-Fi实现，并努力使其具备安全关键功能，Wi-Fi 7延迟低于10毫秒 [22] 结论与未来驱动因素 - 无论车辆技术需要多快速度，汽车以太网都比CAN具有优势，并且很可能在许多应用场景中取代CAN [24] - 汽车以太网大大简化了复杂系统设计，即使加装一些额外线路，重量也几乎可以忽略不计，且数据传输速度足够快 [24] - 汽车以太网目前在市场上占据主导地位，它是区域架构的支柱，也是今天能够实现软件定义汽车的原因 [24] - 人工智能是关键驱动因素，人工智能无处不在，从云计算和边缘计算到人工智能物联网和汽车领域 [24] - 汽车系统设计越来越多地采用高速互连协议，例如PCIe、UCIe和以太网，这与数据中心的发展趋势相呼应 [24]